KR102499822B1

KR102499822B1 - 기능성 성분 및 항산화 활성이 증진된 새싹삼의 재배방법

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Publication number: KR102499822B1
Application number: KR1020200189363A
Authority: KR
Inventors: 임영석; 정은주; 오바이둘 칼랑 아자드 엠디; 무하마드 자히룰 이슬람; 홍수연; 무하마드 소옐 라나; 하피줄 라흐만 무하마드; 정욱한
Original assignee: 강원대학교산학협력단
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2023-02-13
Also published as: KR20220096693A

Abstract

본 발명은 새싹삼 묘목을 적색광, 청색광, 녹색광, 백색광, 초적광 및 자외선광을 조합한 LED(Light emitting diode)를 조사하면서 재배하는 단계를 포함하는 엽록소, 카로티노이드, 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량과 항산화 활성이 증진된 새싹삼의 재배방법 및 상기 방법으로 재배된 새싹삼과 새싹삼의 엽록소, 카로티노이드, 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량과 항산화 활성을 증가시키는 방법에 관한 것이다.

Description

기능성 성분 및 항산화 활성이 증진된 새싹삼의 재배방법{Method for cultivating sprout ginseng with enhanced functional component and antioxidant activity}

본 발명은 새싹삼에 적색광(Red/660 nm), 청색광(Blue/460 nm), 녹색광(Green/560 nm), 백색광(390~700 nm), 초적광(Far Red/730 nm) 및 자외선광(UVA/380 nm)을 조합한 LED(Light emitting diode)를 조사하여, 엽록소, 카로티노이드, 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량과 항산화 활성이 증진된 새싹삼의 재배방법 및 상기 방법으로 재배된 새싹삼에 관한 것으로, 상기 재배한 새싹삼을 이용하여 다양한 소재로 유용하게 이용할 수 있는 효과가 있다.

인삼(Panax ginseng Meyer)은 다년생 초본류로, 오랫동안 약초로 사용되어 왔으며, 항암, 항 스트레스, 항노화, 항 당뇨, 신경보호 효과와 같은 약리학적 활성이 알려져 있다. 인삼 추출물은 진세노사이드(ginsenoside), 다당체(polysaccharides), 플라보노이드(flavonoid), 펩타이드(peptide), 폴리아세틸렌 알코올(polyacetylene alcohol) 및 지방산과 같은 다양한 화합물로 이루어져 있다.

고년근 인삼은 흙에서 4~6년간 재배한 것으로 주로 뿌리를 이용한다. 고년근 인삼 한뿌리에는 항암, 항산화, 콜레스테롤 저하효과가 있는 생리활성물질인 사포닌이 100~200 ㎎ 가량 들어 있으며 식품의약품안전처로부터 면역력 증진, 피로 개선, 최근에는 뼈 건강 개선 효과까지 기능성 원료 인정을 받았다. 이와 달리, 새싹삼은 1년생 묘삼을 3~4주간 싹을 틔운 것으로 잎부터 줄기, 뿌리까지 통째로 먹을 수 있다. 새싹삼은 나물처럼 식감이 부드러워 샐러드, 비빔밥, 주스 등으로 가볍게 즐기기 좋지만 채소처럼 잎이 쉽게 시들므로 유통기간은 1~2주로 짧다. 또한 새싹삼은 한뿌리에 사포닌이 1~4 ㎎ 들어있고 잎과 줄기에는 뿌리보다 사포닌이 2~3배 많은 8~12 ㎎가량 들어있다. 새싹삼은 약재용이 아니기에 고년근 인삼과는 달리 사포닌 외에 달리 기능성을 인정받은 것은 없다.

빛은 식물의 성장과 발달과 광합성을 위한 에너지의 원천이다. 식물의 성장과 발달과정은 스펙트럼 구성, 지속시간, 방향 및 광도에 의해 크게 좌우되며, 형태 형성과 생리학적 과정을 위한 광범위한 신호 및 정보는 빛에 의해 촉발된다. 빛은 식물 성장과 개발에 영향을 미치는 가장 중요한 환경적 변수들 중 하나로 광합성 활동과 광형성 반응에 식물의 수명 전반에 걸쳐 광범위한 영향을 미친다.

조명기술은 수명이 길고, 복사효율이 높으며, 스펙트럼이 좁고, 조작 가능한 크기와 모양, 저온 및 식물재배시스템에 사용하기 편리하기 때문에 발광다이오드(LED)에서 특히 크게 발전했다. LED 조명 시스템은 스펙트럼 조성을 제어하는 능력, 적절히 냉각하면 복사열 출력이 낮은 매우 높은 광도를 생산하는 능력, 교체 없이 수년 동안 유용한 광 출력을 유지할 수 있는 능력 등 기존 원예 조명보다 몇 가지 독특한 장점이 있다. LED는 진정한 스펙트럼 구성 제어 능력을 가진 최초의 광원으로, 파장을 식물 광수용체와 일치시켜 보다 최적의 생산을 제공하고 식물 형태학 및 구성에 영향을 줄 수 있다.

일반적으로 적색광은 식물의 광합성 기관 발달에 중요한 역할을 하며, 잎에서 형성된 광합성 산물의 전좌(translocation)를 억제하여 탄수화물의 축적을 증가시키는 역할을 하고, 청색광은 엽록체 형성 및 엽록소 발달, 기공의 열림, 효소 합성, 광합성 주기의 활성화 및 광형태 형성 등에 중요한 역할을 한다.

주어진 환경에서 식물 생산성과 그들의 광합성 비율 사이에 밀접한 상관관계가 있기 때문에 광합성은 식물 성장에 중요한 역할을 한다. 광합성은 식물과 광합성 세포가 광 에너지를 수확하고 전달하며 저장하는 복잡한 반응 집합을 탄수화물의 탄소 결합에서 화학적 잠재력으로 정의한다. 과도한 빛은 잎조직의 탈수현상과 함께 증발을 증가시켜 광합성을 감소시킨다. 광질은 광합성 색소의 형성에 직접적인 기여를 하며, 그 구성과 집중이 식물의 광합성 속도를 조절한다. 광합성 촉진에는 적색과 청색 빛이 더 효과적이지만 녹색 빛이 식물 잎에 더 효율적으로 침투하여 탄소 고정을 증가시킬 수 있다.

식물 색소는 흡수 스펙트럼이라고 알려진 특정한 파장 흡수 패턴을 가지고 있다. 엽록소 a와 b(Chl a와 b)는 적색과 청색의 영역에서 빛의 파장을 강하게 흡수하고 녹색 파장에서 발생하는 흡광도는 적다. 붉은 빛은 광형성, 잎 영양성분 함량, 줄기 성장에 영향을 미치며 엽록소 합성에 필수적이다. 이 과정들은 피토크롬의 통제하에 있다. 피토크롬은 적색(약 650~670 nm) 빛과 원적색(FR) 빛(약 705~740 nm)에 민감하고, 덜한 정도는 청색(약 400~500 nm)에 민감하다.

적신호 아래에서 자라는 식물에 대해 관찰되는 광합성률 감소는 기공이 적신호보다 청색광에 의해 더 많이 제어되기 때문이라고 보고되었다. 청색 빛은 기공의 개구부를 자극한다. 청색 빛은 오래 전부터 안토시아닌 합성으로 이어지는 유전자 발현을 유도하는 것으로 알려져 있다. 그러나 청색 빛과 동시에 녹색 빛이 전달될 때 안토시아닌의 수준은 청색 빛 처리 자체보다 낮다. 청색광은 엽록소와 엽록체 개발, 효소 합성, 식물 밀도를 매개하고, 생물학적 환경 스트레스에 대한 반응을 조절한다. 청색 및 UV-A 조명은 크립토크롬(320-500 nm)과 포토트로핀(phot1 and pho2; 320-500 nm) 기능을 유발한다. 이 두 가지 광수용체는 엽록체 이동, 발아, 신장, 기공 개방 등 다양한 생리적, 발달적 과정을 조절하는데, 이는 수분 증산과 CO₂ 교환에 영향을 미친다.

UV-B는 다량으로 식물 건전성에 대한 위협을 나타내지만, 적은 양의 UV-B는 해충 저항성 촉진, 플라보노이드 축적 증가, 광합성 효율 개선, 직사광선 및 일광욕의 지표 역할을 하는 등 중요한 이점을 가지고 있다.

FR는 식물의 잎 두께 감소와 함께 줄기 길이, 엽록체 함량, CO₂ 고정율의 밀도 의존적 증가를 유도한다. 보충적 FR 처리는 식물 개발 중 많은 온실 작물의 건조량을 증가시켰지만 잎 영역에 대해서는 상반된 결과가 보고되었다.

녹색 빛은 잎 성장, 기공 전도성 및 초기 줄기 연장과 같은 식물 형태학에 영향을 미친다. 낮은 비율(초록 24%)은 식물 성장을 강화한 반면, 높은 비율의 녹색 및 아래에서 식물 성장이 억제되었다. 게다가 녹색 빛은 잎 조직 침투 능력이 더 뛰어나며, 식물 캐노피 침투가 적색이나 청색 빛보다 더 우수하다. 하지만 녹색 빛은 청색광의 기공 폐쇄나 안토시아닌 축적 등 부정적인 영향을 끼친다. 녹색 빛은 청색 빛에 의존하는 기공 개방 반응을 역전시키거나 많은 식물 종에서 기공 전도성을 감소시킬 수 있다.

빛은 광합성을 위한 에너지원이지만, 동시에 스트레스 요인으로 작용한다. 각 빛의 띠는 식물의 특정 메커니즘을 담당하기 때문에, 각각의 높은 강도와 낮은 강도는 또한 부정적인 영향을 미칠 수 있다. UV-B는 DNA, 단백질, 막에 손상을 일으키고 광합성 활동을 방해하며 식물 성장을 방해한다. 산화 압력[즉, ROS 생산과 항산화 청소 능력 사이의 불균형]은 DNA, 단백질, 지질에 대한 비특이적인 손상으로 연결되었다.

식물이 높은 빛의 강도나 어떤 생화학 스트레스 상태에 노출되었을 때, 광시스템과 전자운송체인을 포함시킴으로써 에너지공급과 전력저감에 대한 탄소고정에서의 대사공정의 수요는 증가했다. 이 비대칭은 세포에 대한 신호와 독성(지질과 산화유도에 의한 산소 손상) 효과를 모두 갖는 반응성산소종(ROS)을 생성한다. ROS는 식물 반응에 이중 효과를 줄 수 있다. 저농도에서는 ROS가 유도하는 신호 역할을 하지만. 고농도 ROS에서 방어반응은 세포막에 독성을 가지고 지질 과산화작용을 유도하고 세포 구성 요소에 산화 손상을 입힌다. 결과적으로, 고농도 하에서는 광합성의 기능이 저하된다.

한국공개특허 제2020-0008563호에는 LED 광을 사용한 식물의 재배방법이 개시되어 있고, 한국등록특허 제1533833호에는 LED 조사를 이용한 콩나물의 재배방법이 개시되어 있으나, 본 발명의 LED 스펙트럼이 새싹 인삼의 형태, 생리 및 항산화 능력 변화에 미치는 영향과는 상이하다.

본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 새싹삼의 다양한 기능성 성분과 항산화 활성을 증진시키기 위해, 새싹삼에 적색광, 청색광, 녹색광, 백색광, 초적광 및 자외선광을 조합한 LED를 조사하여 재배함으로써, LED를 조사하지 않거나, 다른 광원을 조사하여 재배된 새싹삼에 비해 다양한 기능성 성분과 항산화 활성이 증진된 새싹삼의 재배방법을 확립하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 새싹삼 묘목을 적색광, 청색광, 녹색광, 백색광, 초적광 및 자외선광을 조합한 LED(Light emitting diode)를 조사하면서 재배하는 단계를 포함하는 엽록소, 카로티노이드, 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량과 항산화 활성이 증진된 새싹삼의 재배방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 방법으로 재배된 엽록소, 카로티노이드, 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량과 항산화 활성이 증진된 새싹삼을 제공한다.

또한, 본 발명은 새싹삼에 적색광, 청색광, 녹색광, 백색광, 초적광 및 자외선광을 조합한 LED(Light emitting diode)를 조사하는 것을 특징으로 하는, 새싹삼의 엽록소, 카로티노이드, 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량과 항산화 활성을 증가시키는 방법을 제공한다.

통상적으로 삼은 노지에서 재배를 하지만 다양한 환경요인들에 의하여 일정한 품질의 작물을 재배하기가 어려운 문제가 있다. 최근 각광받는 재배 기술인 스마트팜과 같은 폐쇄형 수경재배 시스템에서는 외부 요인들을 차단하고, 원하는 재배 환경 요인 관리를 한다면 원하는 특정 성분을 고함유하는 작물의 재배가 가능하다. 본 발명과 같이 스마트팜 재배 환경 내에서 특정 LED 모듈에서 출력되는 광을 조사하여 새싹삼을 재배함으로써, 다양한 기능성 성분이 증진된 고부가가치의 새싹삼을 계절에 상관없이 생산할 수 있어 관련 산업에 매우 유용하다.

도 1은 본 발명의 LED 조사를 이용한 새싹삼의 재배환경을 보여준다.
도 2는 광원 조사 조건에 따른 새싹삼의 광합성률(Photosynthetic rate), 증산 작용(Transpiration rate), 기공 전도율(Stomatal conductance) 및 물 사용 효율(Water use efficiency)을 비교한 그래프이다.
도 3은 광원 조사 조건에 따른 새싹삼의 엽록소 a, 엽록소 b, 총 엽록소 및 카로티노이드 함량을 비교한 그래프이다.
도 4는 광원 조사 조건에 따른 새싹삼 잎의 총 폴리페놀 함량을 비교한 그래프이다.
도 5는 광원 조사 조건에 따른 새싹삼 줄기의 총 플라보노이드 함량을 비교한 그래프이다.
도 6은 광원 조사 조건에 따른 새싹삼 줄기의 DPPH 라디칼 소거능을 비교한 그래프이다.
도 1 내지 6의 L1 내지 L11은 표 2 참고.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 새싹삼 묘목을 적색광, 청색광, 녹색광, 백색광, 초적광 및 자외선광을 조합한 LED(Light emitting diode)를 조사하면서 재배하는 단계를 포함하는 엽록소, 카로티노이드, 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량과 항산화 활성이 증진된 새싹삼의 재배방법을 제공한다.

본 발명의 새싹삼의 재배방법에서, 상기 적색광의 파장은 640~680 ㎚이고, 상기 청색광의 파장은 440~480 ㎚이고, 상기 녹색광의 파장은 540~580 ㎚이고, 상기 백색광의 파장은 390~700 nm이고, 초적광의 파장은 710~750 nm이고, 자외선광의 파장은 360~400 nm일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 적색광의 파장은 660 ㎚이고, 상기 청색광의 파장은 460 ㎚이고, 상기 녹색광의 파장은 560 ㎚이고, 상기 백색광의 파장은 390~700 nm이고, 초적광의 파장은 730 nm이고, 자외선광의 파장은 380 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

또한, 본 발명의 새싹삼의 재배방법에서, 상기 LED 조사는 바람직하게는 하루에 14~18시간씩 25~40일 동안 조사할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 하루에 16시간씩 30일 동안 조사할 수 있다.

또한, 본 발명의 새싹삼의 재배방법에서, 상기 조합은 바람직하게는 적색광, 청색광, 녹색광, 백색광, 초적광 및 자외선광 LED를 18~22:18~22:18~22:18~22:8~12:8~12 비율이 되도록 조합할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 적색광, 청색광, 녹색광, 백색광, 초적광 및 자외선광 LED를 20:20:20:20:10:10 비율이 되도록 조합할 수 있다.

또한, 본 발명의 새싹삼의 재배방법에서, 상기 재배는 일반 비닐 온실 또는 유리 온실에 보조광의 밭 재배 또는 포트 재배, 밀폐형 실내 스마트팜 조건 또는 식물공장형 조건하에서 분무경 방식으로 수경재배 또는 포트재배할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 즉, 상기 재배는 담수경, 배지경, 분무경 등 영양액을 공급하는 모든 영양재배를 포함할 수 있다.

본 발명의 새싹삼의 재배방법은, 보다 구체적으로는 1년생 새싹삼 묘목을 수경재배기로 옮겨 분무경 방식으로 수경재배하면서, 적색광, 청색광, 녹색광, 백색광, 초적광 및 자외선광 LED를 18~22:18~22:18~22:18~22:8~12:8~12 비율이 되도록 조합한 LED(Light emitting diode)를 하루에 14~18시간씩 25~40일 동안 조사하는 단계를 포함할 수 있으며,

더욱 구체적으로는 1년생 새싹삼 묘목을 수경재배기로 옮겨 분무경 방식으로 수경재배하면서, 적색광, 청색광, 녹색광, 백색광, 초적광 및 자외선광 LED를 20:20:20:20:10:10 비율이 되도록 조합한 LED(Light emitting diode)를 하루에 16시간씩 30일 동안 조사하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 방법으로 재배된 엽록소, 카로티노이드, 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량과 항산화 활성이 증진된 새싹삼을 제공한다.

본 발명은 또한, 새싹삼에 적색광, 청색광, 녹색광, 백색광, 초적광 및 자외선광을 조합한 LED(Light emitting diode)를 조사하는 것을 특징으로 하는, 새싹삼의 엽록소, 카로티노이드, 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량과 항산화 활성을 증가시키는 방법을 제공한다.

본 발명의 새싹삼의 엽록소, 카로티노이드, 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량과 항산화 활성을 증가시키는 방법은, 보다 구체적으로는 1년생 새싹삼 묘목을 수경재배기로 옮겨 분무경 방식으로 수경재배하면서, 적색광, 청색광, 녹색광, 백색광, 초적광 및 자외선광 LED를 18~22:18~22:18~22:18~22:8~12:8~12 비율이 되도록 조합한 LED(Light emitting diode)를 하루에 14~18시간씩 25~40일 동안 조사할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 1년생 새싹삼 묘목을 수경재배기로 옮겨 분무경 방식으로 수경재배하면서, 적색광, 청색광, 녹색광, 백색광, 초적광 및 자외선광 LED를 20:20:20:20:10:10 비율이 되도록 조합한 LED(Light emitting diode)를 하루에 16시간씩 30일 동안 조사할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 들어 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

1. 재료 및 방법

1.1 실험설계 및 처리

농촌진흥청으로부터 획득한 1년생 묘삼을 멸균하여[70%(v/v) 에탄올, 0.1%(w/v) HgCl₂ 및 0.2%(w/v)13am] 상업용 원예토양(Bio-soil No. 1, Heungnong Agricultural Materials Mart, Korea)이 함유된 대형 포트에 심었다. 강원대학교 생명건강공학과의 반관제 온실(semi-controlled greenhouse)에서 재배하였으며, 온도, 상대습도(RH), 환경조건은 각각 30/25℃(야간/일), 60-70% RH, 12시간로 기록되었다. 묘목은 매일 수돗물을 이용해 20일까지 밭용량까지 관개했다. 그 후 종묘들은 밀폐된 실내 수경 재배(스마트팜 에어로포닉)에 옮겨져, 묘목의 뿌리 영역에 영양분을 살포하였고, 사용된 영양액은 표 1과 같다.

또한, 상기 20일된 묘목에 빛 스펙트럼의 다른 조합의 영향을 조사하기 위해 식물들은 자연광과 함께 10가지 다른 스펙트럼 조합으로 처리되었다(표 2 및 도 1). 여기서 자연광(Natural light)을 대조군으로 사용하였다. 16시간 동안 자연광 처리를 실시했고, LED 처리구는 각 스펙트럼 조합에 대해 300 μmolm^-2s^-1의 강도를 보였다. 데이터는 광 처리 30일 후에 수집되었다. 가장 어린 완전히 형성된 잎은 각 처리된 식물에서 추가 분석을 거쳐 표본으로 수집되었다.

영양액 조성

화합물 이름	A 탱크(50 L)	B 탱크(50 L)
Ca(NO₃)	1.5 kg
KNO₃	3.79 kg	3.79 kg
(NH₄)₂HPO₄		1.6 kg
MgSO₄		4.3 kg
K₂SO₄
Fe	460 g
MnSO₄		30.8 g
BH₃O₃		57.2 g
ZnSO₄		3.6 g
CuSO₄		1.3 g
(NH₄)₂O·mMoO₃·H₂O		0.4 g

LED 조명 구성

Spectrum combinations	Ratio (%)	Intensity (μmol m^-2s^-1)	Code name
Natural light	-	-	L1
White	100	300	L2
R+B	80:20	300	L3
R+B+G	70:20:10	300	L4
R+B+FR	70:20:10	300	L5
R+B+G+FR	60:20:10:10	300	L6
R+B+W+FR	50:20:20:10	300	L7
R+B+G+FR+UV	50:20:10:10:10	300	L8
R+B+FR+UV	60:20:10:10	300	L9
R+B+W+FR+UV	40:20:20:10:10	300	L10
R+B+G+W+FR+UV	20:20:20:20:10:10	300	L11

R: 적색광(Red/660 nm), B: 청색광(Blue/460 nm), G: 녹색광(Green/560 nm), W: 백색광(390~700 nm), FR: 초적광(Far Red/730 nm), UV: 자외선광(UVA/380 nm)

1.2. 엽록소 및 카로티노이드 분석

광합성 색소의 결정을 위해 각각의 잎(25 mg)을 추출하여(80% 아세톤 10 mL) 상온에 15분간 두었다가 10분간 4000 rpm으로 원심분리하였다. 흡광도는 분광도계(UV-1800 240V)를 이용해 각각 647, 663, 470 nm로 측정했다. 엽록소 a, 엽록소 b, 총 엽록소 및 카로티노이드는 리히 10진법이 제안한 공식에 따라 결정되었으며 mg g^-1 DW로 표현되었다.

1.3. 잎 가스 교환 측정

가스 교환 특성의 경우 ADC BioScientific LCPro 가스 분석기에 의해 순 광합성률(A, μm^-2s^-1), 전환율(E, mmol m^-2s^-1), 기공 전도율(gs, mmol m^-2s^-1)을 측정하였다. A, gs, E, WUE의 수준은 주변 환경 조건에서 측정되었다. 가스 교환 측정은 오전 10시에서 오후 3시 사이에 한낮에 실시되었다. 측정은 무작위로 선정된 6개의 묘목 중 2번째 잎으로 이루어졌다. 광합성 물 사용 효율(WUE)은 비율 A/E로 계산되었다.

1.4. 총 페놀 함량, 총 플라보노이드 함량 및 항산화능

동결건조(25 mg) 시료를 에탄올 10 mL(물 속 80%, v/v)에 녹인 뒤 35℃에서 60분간 진탕하였다. 이후 추출물을 여과하여(어드밴티지 5B 여과지) 냉장(추가 분석을 위해 4℃)에 보관했다.

Polin-Ciocalteu 방법은 표본의 총 페놀 함량(TPC)을 측정하기 위해 수행되었다. 반응 혼합물에는 1 mL의 시료, 200 ㎕의 페놀 시약(1N), 1.8 mL의 증류수가 포함되어 있었다. 혼합물을 볼텍싱하고 3분 후 Na₂CO₃(10%, 물 속 v/v) 400 ㎕를 추가하였다. 이후 증류수 600 ㎕를 첨가하여 최종 부피(4 mL)를 얻어 상온에서 1시간 배양(incubation)하였다. 흡광도는 725 nm로, 페놀산(phenolic acid)은 갈산(Gallic acid)의 표준 검정곡선에서 계산하여 ㎍ g^-1 건중량으로 표현하였다.

총 플라보노이드 함량(TFC)은 500 ㎕의 추출물을 Al(NO₃)₃의 100 ㎕(10%, w/v)와 아세테이트칼륨 용액 100 ㎕로 혼합한 후 마지막으로 증류수 3.3 mL를 넣어 최대 4 mL가 되도록 하였다. 반응 혼합물은 볼텍싱하여 실온에서 40분간 배양(incubation)하고 흡광도는 UV-Vis 분광도계에 의해 415 nm로 측정했다. 총 플라보노이드는 건조한 중량에 따라 케르세틴 등가물의 mg/g로 계산하였다.

DPPH(2,2-diphenyl-1 picryl hydrazyl)를 사용하여 항산화능을 평가하였다. 우선 DPPH 분말(5.914 mg)을 메탄올(100 mL)에 용해시켜 스톡 용액을 마련하였고, 분광광도계에 의한 흡광도 범위는 1.1~1.3으로 유지하였다. 이후 추출물 1 mL에 DPPH 용액 3 mL를 섞어 흔들고, 실온에서 30분간 어두운 방에 보관했다. 빈 샘플은 추출물 대신 증류수(1 mL)와 DPPH 용액을 혼합해 제조하였다. 흡광도는 UV-Vis 분광도계(UV-180 240V)에 의해 517 nm로 측정하여 다음 공식을 사용하여 계산했으며 결과는 백분율(%)으로 표시되었다.

DPPH 라디칼 소거능(%) = [(blank sample - extract sample)/ blank sample] ×100

실시예 1. LED 처리에 따른 새싹삼의 성장 특성

줄기 길이(stem length)는 L2에서 15.85±3.11 cm로 가장 작은 값을, L5에서 22.35±2.86 cm로 가장 큰 값을 나타냈다. 뿌리 길이(root length)는 L8에서 11.23±3.02 cm로 가장 작은 값을, L3에서 14.85±2.22 cm로 가장 큰 값을 나타냈다. 생체중(fresh weight)은 L1에서 2.62±0.42 cm로 가장 작은 값을, L8에서 4.26±1.34 cm로 가장 높은 값을 나타냈다. 건체중(dry weight)은 L1에서 0.51±0.06 cm로 가장 작은 값을, L8에서 0.94±0.05 cm로 가장 큰 값을 나타냈다.

빛 스펙트럼 품질은 성장과 형태학에 영향을 미치며 식물이 변화하는 환경 조건, 특히 생화학 스트레스 요인에 적응할 수 있도록 해주는 중요한 신호다. 실험 결과, 빛 스펙트럼 처리로 인해 줄기 길이, 뿌리 길이, 생체중 및 건체중에서 유의미한 변화가 관찰되었다. 특히 줄기 길이 변화가 두드러지게 나타났다.

LED 광처리 조건에 따른 새싹삼의 생장 특성

Code name	Stem Length(cm)	Root Length(cm)	Fresh Weight(g)	Dry Weight(g)
L1	16.45±1.26 b	12.50±4.68 a	2.62±0.42 dc	0.51±0.06 d
L2	15.85±3.11 b	11.70±3.42 a	2.40±0.30 d	0.59±0.13 dc
L3	19.83±*1.58 b	14.85±2.22 a	3.48±0.29 abcd	0.72±0.05 bc
L4	16.60±2.38 b	12.98±1.84 a	3.43±0.13 abcd	0.70±0.13 bdc
L5	22.35±2.86 a	14.15±3.43 a	4.05±0.59 ab	0.89±0.13 ab
L6	19.93±0.74 ab	12.75±1.04 a	3.41±0.41 abcd	0.82±0.11 ab
L7	19.93±4.04 ab	13.38±3.16 a	2.85±0.34 bcd	0.59±0.09 dc
L8	19.18±3.97 ab	11.23±3.02 a	4.26±1.34 a	0.94±0.05 a
L9	21.60±0.81 a	14.50±1.08 a	3.84±1.27 abc	0.76±0.19 abc
L10	18.88±2.29 ab	13.70±1.36 a	3.63±0.48 abcd	0.75±0.06 abc
L11	17.23±2.65 b	11.75±0.96 a	2.90±0.06 bcd	0.75±0.06 bcd

실시예 2. 광합성 가스 교환

광합성 매개 변수는 여러가지 광 처리에 따라 다양했다(도 2). 광합성률(Photosynthetic rate), 증산 작용(Transpiration rate), 기공 전도율(Stomatal conductance) 및 물 사용 효율(Water use efficiency)은 0.43~1.60 μmolm^-2s^-1, 0.17~0.35 molm^-2s^-1, 0.000167~0.0366 molm^-2s^-1 및 1.866~6.946 μmolm^-2s^-1였다. 증산작용과 기공전도율 모두 L1 광처리에서 높은 것으로 나타났다. 반면, L8에서 높은 물 사용 효율을 기록했고, L2가 그 뒤를 이었다.

광합성은 식물의 수증기 확산과 이산화탄소 흡수를 조절하기 때문에 기공 밀도, 분포 및 개방 상태의 영향을 받을 수 있다. 기공은 식물의 가스 교환과 물 손실을 규제한다. 이들의 개폐는 빛, CO₂ 농도 및 온도를 비롯한 많은 요인에 의해 영향을 받는데, 이 중 빛은 기공의 움직임을 조절하는 주요한 신호이다.

빛의 세기는 기공 전도성을 향상시킬 수 있고 낮은 빛과 과도한 빛에서 광합성률과 기공 전도성이 감소할 수 있다. 엽록소 함량과 구성의 변화는 광합성의 비율에 직접적으로 영향을 미친다.

본 연구에서는 L3, L4, L7, L9에서 낮은 광합성률을 가졌고, L2, L5, L8, L11에서 높은 광합성률을 가졌다. 또한 물 사용 효율, 기공 전도율과 증산작용 사이에서 유사한 패턴을 보였다. 광합성률과 물 사용 효율, 기공 전도율과 증산작용은 자연광에 비해 전체적으로 감소하였고, 물 사용 효율은 L2, L8에서 증가하였다. 식물은 L3, L4 및 L11에 따라 더 높은 광합성률과 물 사용 효율을 얻었을 뿐만 아니라 낮은 발화율과 기공 전도율을 달성했다. 반면, 낮은 광합성률과 물 사용 효율, 더 높은 전달률과 기공 전도율은 L4 스펙트럼에서 나타났다.

실시예 3. 엽록소와 카로티노이드 함량

엽록소와 카로티노이드 함량은 도 3과 같다. 엽록소 a는 L11에서 가장 높게 기록되었고, 그 뒤를 이어 L10, L7, L8, L6에서 비교적 높게 나타났다. 그리고 L3와 L9에서 비교적 낮게 나타났다. 엽록소 b는 L11에서 가장 높게 나타났고, 그 뒤를 이어 L10, L8. L7, L6에서 높게 나타났다. 그리고 L9에서 가장 낮게 나타났다. 총 엽록소는 L11에서 가장 높게 나타났고, 그 뒤를 이어 L10, L8, L7, L6에서 비교적 높게 나타났다. 그리고 L3와 L9에서 비교적 낮게 나타났다. 카로티노이드는 L11에서 가장 높게 나타났고 L10, L7, L6, L3이 그 뒤를 이었다.

실시예 3. 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 및 항산화 활성

1) 총 폴리페놀

새싹삼 잎의 총 폴리페놀(TPC) 함량은 스펙트럼 변화에 따라 변화했다(도 4). 잎의 TPC 범위는 0.02245~0.47065 mg g^-1이었다. 잎의 TPC는 L11에서 가장 높았고 L10, L3, L4, L6, L1이 그 뒤를 이었다. 새싹삼 TPC는 잎에서는 L11, L10, L3에서 자연광보다 높은 함량이 나타났고 L11에서 0.47065 mg g^-1으로 가장 높은 함량이 나타났다.

2) 총 플라보노이드

새싹삼 줄기의 총 플라보노이드(TFC) 함량도 스펙트럼 변화에 따라 변화했다(도 5). 줄기의 TFC 범위는 1.365~2.535 mg g^-1이었다. 줄기의 TFC는 L11에서 가장 높았으며 L1, L2, L4, L7, L8이 그 뒤를 이었다.

3) 항산화 활성

새싹삼 줄기의 총 DPPH 자유 라디칼 소거능(%)은 스펙트럼 변화에 따라 변화했다(도 6). 줄기의 DPPH 범위는 12.81928~51.37875%이었고, 줄기의 DPPH는 L11에서 가장 높았으며 L1, L2, L4, L10, L8이 그 뒤를 이었다. 새싹삼의 줄기에서 전체적으로 자연광보다 낮은 함량을 보였지만, 줄기의 L11에서는 자연광보다 높은 함량을 보였다.

Claims

새싹삼 묘목을 적색광, 청색광, 녹색광, 백색광, 초적광 및 자외선광 LED를 18~22:18~22:18~22:18~22:8~12:8~12 비율이 되도록 조합한 LED(Light emitting diode)를 조사하면서 재배하는 단계를 포함하는 엽록소, 카로티노이드, 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량과 항산화 활성이 증진된 새싹삼의 재배방법.
제1항에 있어서, 상기 적색광의 파장은 640~680 ㎚이고, 상기 청색광의 파장은 440~480 ㎚이고, 상기 녹색광의 파장은 540~580 ㎚이고, 상기 백색광의 파장은 390~700 nm이고, 초적광의 파장은 710~750 nm이고, 자외선광의 파장은 360~400 nm인 것을 특징으로 하는, 엽록소, 카로티노이드, 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량과 항산화 활성이 증진된 새싹삼의 재배방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 LED 조사는 하루에 14~18시간씩 25~40일 동안 조사하는 것을 특징으로 하는, 엽록소, 카로티노이드, 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량과 항산화 활성이 증진된 새싹삼의 재배방법.
제1항에 있어서, 새싹삼 묘목을 수경재배기로 옮겨 분무경 방식으로 수경재배하면서, 적색광, 청색광, 녹색광, 백색광, 초적광 및 자외선광 LED를 18~22:18~22:18~22:18~22:8~12:8~12 비율이 되도록 조합한 LED(Light emitting diode)를 하루에 14~18시간씩 25~40일 동안 조사하는 단계를 포함하여 재배하는 것을 특징으로 하는, 엽록소, 카로티노이드, 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량과 항산화 활성이 증진된 새싹삼의 재배방법.
제1항, 제2항, 제4항, 제5항 중 어느 한 항의 방법으로 재배된 엽록소, 카로티노이드, 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량과 항산화 활성이 증진된 새싹삼.
새싹삼에 적색광, 청색광, 녹색광, 백색광, 초적광 및 자외선광 LED를 18~22:18~22:18~22:18~22:8~12:8~12 비율이 되도록 조합한 LED(Light emitting diode)를 조사하는 것을 특징으로 하는, 새싹삼의 엽록소, 카로티노이드, 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량과 항산화 활성을 증가시키는 방법.